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Erhöhte Laserabsorption in ausgedehnten Clustermedien

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Kanapathipillai, Murukesapillai :
Erhöhte Laserabsorption in ausgedehnten Clustermedien.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis] , (2004)

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    Abstract

    Nach gegenwärtigen Modellen für Absorption von Ultrakurzpulslasern in Edelgasclustern verläuft die Absorption in zwei Phasen. Am Anfang ist die Elektronendichte überkritisch bzgl. der Laserfrequenz. Die Stoßabsorption dominiert und es werden überwiegend die Elektronen geheizt. Infolgedessen expandieren die Elektronen, wodurch die Elektronendichte und damit die Plasmafrequenz abnimmt. Wenn die abnehmende Plasmafrequenz gleich der Laserfrequenz wird, es folgt starke resonante Kopplung, wodurch die zweite Phase der Absorption eintritt. In dieser Arbeit werden zwei zusätzliche Absorptionsmechanismen vorgestellt. Erstens wird die kollektive Wechselwirkung durch Berücksichtigung von nichtresonanten Anregungen ergänzt.Zweitens wird gezeigt, dass der Clusterkern bzgl. der Elektronstreuung wie ein riesiger Atomkern fungiert und eine Erhöhung der Stoßabsorption hervorruft. Die nichtresonanten Anregungen werden im Rahmen eines Globaldipolmodells untersucht und es wird gezeigt, wie diese nichtresonanten Anregungen zur Heizung der Elektronen bis zu einigen keV führen können, was schon experimentell gemessen wurde. Außerdem wird gezeigt, dass die im Rahmen von Globaldipolmodellen berechnete Umwandlungseffizienz der Laserenergie in Harmonische der Laserfrequenz annähernd mit gemessenen Ergebnissen übereinstimmt. Der berechnete Absorptionskoeffizient als Funktion von Spitzenlaserintensität und Laserfrequenz ist sehr irregulär. Wir zeigen durch die Berechnung von Lyapulnovexponenten, dass diese Irregularität ein Ausdruck des chaotischen Verhaltens des Globaldipols ist. Ferner wird gezeigt, dass ein sich im thermischen Gleichgewicht befindender Cluster maßgeblich geladen ist. Die Elektronenstreuung durch den Clusterkern wird ausführlich untersucht und es wird gezeigt, dass die sehr große Ladung (~10000e) des Clusterkerns zu wesentlich erhöhter Stoßabsorption führt.

    Item Type: Ph.D. Thesis
    Erschienen: 2004
    Creators: Kanapathipillai, Murukesapillai
    Title of the item: Erhöhte Laserabsorption in ausgedehnten Clustermedien
    Language of the item: Deutsch
    Keywords/Subjects (SWD): Clusterstrahl, Edelgascluster, Laserbestrahlung, Elektronenstoß, Chaos, Verzweigung <Mathematik>, Gleichgewicht, kollektive Anregung, Harmonischer Oszillator, Streutheorie
    Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikation (DDC): UNSPECIFIED
    Division(s): Fachbereich Physik
    Date Deposited: 17 Oct 2008 11:21
    Last Modified: 05 May 2011 18:58
    Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000433
    URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-4336
    Lizenz (Kurzform): Einfaches Publikationsrecht für die ULB Darmstadt
    Referees: Mulser, Prof. Dr. Peterand Hoffmann, Prof. Dr. Dieter H.H
    Date of refereeing/review / Verteidigung / mdl. Prüfung: 17 December 2003
    Title (translated) (übersetzt):
    Title (translated)Language of translated title
    Enhanced laser absorption in extended cluster mediaEnglish
    Abstract (translated):
    Abstract (translated)Language of translated abstract
    According to the present understanding, absorption of ultra short laser pulse in noble gas clusters occur in two phases. At the beginning the electron density is super critical with respect to laser frequency. Collisional absroption dominates and mainly the electrons are heated. As a consequence, the electrons expand and their density decreases. Since the plasma frequency is proportional to the electron densty, the plasma frequency also decreases. When the decreasing plasma frquency becomes equal to the laser frequency a strong resonant coupling occurs which is the second phase of absorption. In this dissertation two additional mechanisms are presented. First, the collective absorption is extended through the inclusion of non-resonant excitations. Second, it is demonstrated that the cluster core functions as a giant nucleus with respect to electron collisions and enhances the collisional absorption. The non-resonant excitations are studied in the framework of a global dipole model and it is shown that these excitations can lead to heating of electrons upto several keV, which has been already measured in experiments. Further it is shown, that the efficiency calculated within the frame work of global dipole model for conversion of laser energy into harmonics is approximately the same as measured experimentally. Calculated absorption coefficient as a function of peak laser intensity and frequency is very irregular. It is shown, on the basis of calculated Lyapunov exponents that this irregularity is a manifestation of the chaotic behaviour of the global dipole. In addition, it has been demonstrated that a cluster in thermal equilibrium is considerably charged. Electron scattering by the cluster core is studied in detail and it is shown that the large charge of the cluster core (~10000e) leads to significantly large colliosional absorption.English
    URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/433
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